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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL ESCUELA DE FORMACIÓN TECNOLÓGICA MÁQUINA DE SORTEOS ELECTRÓNICA DIGITAL PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE TECNÓLOGO EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES BUITRÓN AYALA COSME WILFRIDO SÁNCHEZ NARANJO CHRISTIAN FERNANDO DIRECTOR: MBA. PABLO LÓPEZ Quito, Agosto 2006

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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

ESCUELA DE FORMACIÓN TECNOLÓGICA

MÁQUINA DE SORTEOS ELECTRÓNICA DIGITAL

PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE

TECNÓLOGO EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES

BUITRÓN AYALA COSME WILFRIDO

SÁNCHEZ NARANJO CHRISTIAN FERNANDO

DIRECTOR: MBA. PABLO LÓPEZ

Quito, Agosto 2006

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DECLARACIÓN Nosotros, Cosme W. Buitrón Ayala y Christian F. Sánchez Naranjo, declaramos bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría; que no ha sido previamente presentada para ningún grado o calificación profesional; y, que hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento. A través de la siguiente declaración cedemos nuestros derechos de propiedad intelectual correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo establecido por la ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente. Cosme W. Buitrón Ayala Christian F. Sánchez Naranjo

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CERTIFICACIÓN

Certifico que el siguiente trabajo fue desarrollado por Cosme W. Buitrón Ayala y Christian F. Sánchez Naranjo, bajo mi supervisión. Ing. Pablo López DIRECTOR DE PROYECTO

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RESUMEN

Como en todos los juegos de azar se utilizan máquinas de sorteos esta fue construida para optimizar la duración de tiempo de sorteo de cada bola y para una mejor visualización de los números sorteados. El elemento utilizado en este proyecto para ejecutar la tarea de decodificación de lectura de código de barras es un microprocesador (INTEL 8751), el cuál permite leer la bola con su código de barras y llevar la información decodificada a los displays; la máquina contiene diferentes elementos de neumática que en sí conforman la parte mecánica y de detección. El funcionamiento de la máquina de sorteos se basa en el juego de 10 bolas (del 0 al 9); las cuales giran aleatoriamente hasta que una salga sorteada y la máquina se pare automáticamente, luego se lee la bola en el lector de código de barras y el respectivo número aparece en el display, el display esta diseñado para cuatro números (unidades, decenas, centenas y miles). La máquina permite controlar las bolas que han sido sorteadas mediante un panel de control, que en un orden lógico se presiona los botones de unidades, decenas, centenas y miles de acuerdo como vayan saliendo las bolas y adicionalmente existe dos botones de INICIO y RESET; el primero enciende la máquina y el segundo resetea el display borrando los números sorteados dejándolo en blanco.

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PRESENTACIÓN

El presente proyecto fue construido con el objeto de proporcionar una solución práctica, mediante la cual, los espectadores pueden tener una visualización mas clara de los números y el tiempo de sorteo del mismo. A través de la decodificación de la lectura de código de barras en las bolas se ha logrado en una forma sustituir el uso de pancartas con los números que anteriormente se usaba y disminuir la participación en un porcentaje de la persona. Debido a que la máquina fue construida para la elaboración de sorteos, su manejo y utilización son muy sencillos para que, con la ayuda de las instrucciones, cualquier persona lo pueda utilizar.

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CONTENIDO

CAPÍTULO 1

1. BASES

TEÓRICAS....................................................................................

1

1.1. LA RESISTENCIA………………………………………………….. 1 1.2. CAPACITANCIA……………………………………………………. 1 1.3. EL RELÉ………………………………………………………………. 4 1.4. EL DIODO SEMICONDUCTOR………………………………... 5

1.4.1. POLARIZACIÓN DIRECTA……………………………………….

9

1.4.2. POLARIZACIÓN INVERSA……………………………………….

11

1.5. DIODO EMISOR DE LUZ………………………………………... 12 1.6. EL DISPLAY DE 7 SEGMENTOS……………………………… 15 1.7. REGULADOR DE VOLTAJE…………………………………… 15 1.8. EL TRANSISTOR BIPOLAR……………………………………. 18

1.8.1. CONSTRUCCIÓN DEL TRANSISTOR………………………….. 19 1.8.2. OPERACIÓN DEL

TRANSISTOR………………………………... 20

1.9. NEUMÁTICA (DISPOSITIVOS NEUMÁTICOS)…………. 23 1.9.1. PRODUCCIÓN DISTRIBUCIÓN Y TRATAMIENTO DEL

AIRE……………………………………………………………………. 25

1.9.2. UNIDAD DE MANTENIMIENTO…………………………………

26

1.9.3. CONSERVACIÓN DE LA UNIDAD DE MANTENIMIENTO…. 28 1.10. RACOR RÁPIDO EN T..................................................................... 28 1.11. SILENCIADORES…………………………………………………… 29 1.12. ELECTROVÁLVULA……………………………………………… 30 1.13. CILINDROS DE SIMPLE EFECTO…………………………… 32 1.14. PRINCIPIOS DE OPERACIÓN DE LOS SENSORES

CAPACITIVOS DE PROXIMIDAD………………………………. 33 1.15. GENERADOR DE AIRE………………………………………….. 37 1.16. CÓDIGO DE BARRAS……………………………………………. 37

1.16.1. DEFINICIÓN DE CÓDIGO DE BARRAS……………………….. 38 1.16.2. VENTAJAS DEL CÓDIGO DE

BARRAS………………………... 39

1.16.3. BENEFICIOS DEL CÓDIGO DE BARRAS……………………… 40 1.16.4. SIMBOLOGÍA EN CÓDIGO DE BARRAS……………………… 41 1.16.5. CÓDIGO DE BARRAS DE PRIMERA DIMENSIÓN…………... 43 1.16.6. LA LECTURA DE CÓDIGO DE

BARRAS………………………. 47

1.16.7. SISTEMAS DE LECTURA DE UN CÓDIGO DE BARRAS……. 48 1.16.7.1. Entrada de datos por teclado………………………………. 48 1.16.7.2. Lectores portátiles tipo batch………………………………. 48

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1.16.7.3. Lectores de radiofrecuencia…………………………………

48

1.16.8. TIPOS DE LECTORES……………………………………………..

49

1.16.8.1. Lector tipo pluma o lápiz…………………………………….

49

1.16.8.2. Lector de ranura o spot………………………………………

50

1.16.8.3. Lector tipo rastrillo o ccd…………………………………….

50

1.16.8.4. Lectores ccd de proximidad………………………………….

50

1.16.8.5. Lector láser de proximidad…………………………………..

51

1.16.8.6. Lector láser tipo pistola………………………………………

51

1.16.8.7. Lectores láser fijos……………………………………………

51

1.16.8.8. Lectores láser fijos omnidireccionales………………………

52

1.16.8.9. Lectores autónomos…………………………………………..

52

1.16.8.10. Lector de código de barras de 2d……………………………

52

CAPÍTULO 2 54

2. DESARROLLO DE LOS CIRCUITOS DE LA MÁQUINA DE SORTEOS…………………………………………… 54 2.1. CIRCUITO DE INICIACIÓN DE LA MÁQUINA…………. 54 2.2. CIRCUITO DE CONTROL NEUMÁTICO………………….. 56 2.3. CIRCUITO DE LECTURA DE CÓDIGO DE BARRAS….. 58 2.4. DIAGRAMAS DE FLUJO DEL PROGRAMA DE

DECODIFICACIÓN DE CÓDIGO DE BARRAS……………… 64

CAPÍTULO 3 68

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES…………………………… 68 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS………………………………………. 70

ANEXO 1 71

MANUAL DEL EQUIPO………………………………………………………. 71 VOLTAJES DE REFERENCIA……………….………………………………………………… 73

ANEXO 2 74

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS DISPOSITIVOS UTILIZADOS…………………………………………………………………….. 74

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ANEXO 3 111

CODIGO FUENTE………………………………………………………………. 112 EL MICROCONTROLADOR INTEL 8751................................................. 116

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CAPÍTULO 1.

BASES TEÓRICAS SOBRE EL FUNCIONAMIENTO DE

LOS DIFERENTES DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS.

1.1. RESISTENCIAS 1

Propiedad de un cuerpo o sustancia que hace que se resista u oponga al paso

de una corriente eléctrica. La resistencia de un circuito eléctrico determina

según la llamada ley de Ohm cuánta corriente fluye en el circuito cuando se le

aplica un voltaje determinado. La unidad de resistencia es el ohmio, que es la

resistencia de un conductor si es recorrido por una corriente de un amperio

cuando se le aplica una tensión de 1 voltio. La abreviatura habitual para la

resistencia eléctrica es R, y el símbolo del ohmio es la letra griega omega (Ω).

En algunos cálculos eléctricos se emplea el inverso de la resistencia, 1/R, que

se denomina conductancia y se representa por (G). La unidad de conductancia

es siemens, cuyo símbolo es S. Aún puede encontrarse en ciertas obras la

denominación antigua de esta unidad ohm. Su símbolo se muestra en la Fig.1.1

Fig.1.1.Representación gráfica y símbolo de la resistencia 1

1.2. CAPACITANCIA 1

• Un capacitor bloquea el flujo de la corriente directa en régimen permanente.

• Un capacitor pasa efectivamente corriente alterna.

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• El espaciado entre las placas, el área de la superficie de las placas y el tipo

de material dieléctrico determinan la capacitancia de un capacitor.

• Los capacitores en serie dan una capacitancia total reducida; los capacitores

en paralelo se suman directamente.

• Un capacitor almacena energía temporalmente cuando se carga; esta

energía se devuelve al circuito cuando se descarga el capacitor.

Un capacitor se forma de dos o más placas, que están separadas por un

material dieléctrico (aislante). Cuando se aplica voltaje a través de las placas

del capacitor, la corriente fluye de una placa hacia la otra pasando a través de

la fuente de voltaje.

Idealmente no hay flujo de corriente a través del dieléctrico que separa las

placas del capacitor. La carga en el capacitor se almacena en el campo

eléctrico que establecen las cargas cargadas opuestamente. Si el voltaje

aplicado es directo, el capacitor se carga al valor del voltaje aplicado. Si el

voltaje aplicado es alterno, el capacitor sigue escencialmente los cambios de

polaridad del voltaje aplicado, cargándose y descargándose alternativamente

en direcciones opuestas cada medio ciclo (semiciclo); con eso pasa

efectivamente la corriente alterna.

La capacitancia (C) es el valor de la carga eléctrica que puede almacenar un

capacitor, la unidad de capacitancia es el faradio (F), denominado en honor al

Michael Faraday. Por definición, un capacitor tiene una capacitancia de un

farad cuando almacena un coulomb de carga con un voltio aplicado a través de

sus placas. El farad es una unidad grande de medición; por ello, generalmente

se expresan los valores de capacitores en microfarads (µ F), igual a 0.000001F

y picofarads (p F), igual a 0.000000000001 F las fórmulas matemáticas para

calcular la capacitancia total en serie y paralelo son como sigue:

1 Electricidad y Electrónica Práctica- BUCK ENGINEERING CO. INC. –Versión Española Primera edición 1984 Lab Volt Pág. 3.1, 22.1- 22.2 http://www.monografias.com/trabajos11/leds/leds2.shtml

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( )

( ) K

L

+C3+C2+C1 =C3C

1+

2C1

+1C

11

=C

paralelo enT

serie enT

La capacitancia total para dos capacitores en serie es igual a:

( ) 2C+1C2C×1C

=C serie enT

Los capacitores se dividen en dos categorías generales: electrostáticos y

electrolíticos, generalmente los capacitores electrostáticos tienen baja

capacitancia, no están polarizados y teóricamente pueden reservar o

almacenar una carga indefinidamente. Por lo general, este tipo de capacitor se

identifica según el tipo de material dieléctrico (aire, papel, mica, cerámica,

Mylar y poliestireno) y si son de valor fijo o variable. Los capacitores variables

utilizan el aire, cerámica, vidrio o poliestireno como dieléctrico. Por otra parte,

los capacitores electrolíticos utilizan un electrolito entre las placas de forma

análoga a una batería, por lo que están polarizados. Los electrolitos

proporcionan valores mucho mayores de capacitancia; sin embargo, no

retienen carga indefinidamente debido a escapes o fugas a través del

electrolito. En realidad, todos los capacitores tienen escapes, aunque los

electrostáticos pueden tardar meses en descargarse debido a dichas fugas.

Los capacitores son uno de los componentes básicos de la electrónica. Se

utilizan para acoplamiento de señales entre etapas, como capacitores de

puente, de desacoplamiento, de bloqueo, de sintonía y de filtrado. Se utilizan

en aplicaciones de potencia eléctrica para compensación de factor de potencia

y para arrancar determinados tipos de motores eléctricos. Los capacitores

electrolíticos se emplean para filtrar el voltaje cd de salida de las fuentes de

energía.

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La capacitancia es una propiedad indeseable en determinados casos. Por

ejemplo, a altas frecuencias la capacitancia parásita entre los cables de los

conductores y los componentes produce acoplamiento indeseable entre

circuitos que no están relacionados, efectos que se deben de minimizar

mediante un cuidadoso diseño del circuito y de los componentes. Su

simbología se muestra en la Fig.1.2a capacitor fijo, Fig.1.2b capacitor variable

Fig.1.2a capacitor fijo1 Fig.1.2b capacitor variable1

1.3. EL RELÉ 2

Conmutador eléctrico especializado que permite controlar un dispositivo de

gran potencia mediante un dispositivo de potencia mucho menor. Un relé está

formado por un electroimán y unos contactos conmutadores mecánicos que

son impulsados por el electroimán. Éste requiere una corriente de sólo unos

cientos de miliamperios generada por una tensión de sólo unos voltios,

mientras que los contactos pueden estar sometidos a una tensión de cientos de

voltios y soportar el paso de decenas de amperios. Por tanto, el conmutador

permite que una corriente y tensión pequeñas controlen una corriente y tensión

mayores.

Técnicamente un relé es un aparato electromecánico capaz de accionar uno o

varios interruptores cuando es excitado por una corriente eléctrica. Su símbolo

se muestra en la Fig.1.3a. relé rápido, Fig.1.3b. relé con doble bobinado.

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Fig. 1.3a. Relé rápido 2 Fig.1.3 b. Relé con doble bobinado 2

1.4. EL DIODO SEMICONDUCTOR 3

El diodo es el más sencillo de los dispositivos semiconductores pero

desempeña un papel vital en los sistemas electrónicos, con sus características

que se asemejan en gran medida a las de un sencillo interruptor. Se lo

encuentra en una amplia gama de aplicaciones. Aparte de los detalles de su

construcción y características, los datos y gráficas muy importantes se

encontrarán en las hojas de especificaciones.

Consideremos primero un dispositivo ideal, para proporcionar una base

comparativa. El diodo ideal es un dispositivo de dos terminales que tiene el

símbolo y las características que se muestran en la Fig.1.4.a y b,

respectivamente

(a)

2 http://www.monografias.com/trabajos16/componentes-electronicos/componentes-electronicos.shtml#intro

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(b)

Fig. 1.4. Diodo ideal: (a) símbolo; (b) característica3

En forma ideal, un diodo conducirá corriente en la dirección definida por la

flecha en el símbolo y actuará como un circuito abierto para cualquier intento

de establecer corriente en la dirección opuesta. En esencia:

Las características de un diodo ideal son las de un interruptor que puede

conducir corriente en una sola dirección.

Si la polaridad del voltaje aplicado es consistente con la que se muestra en la

figura 1.4.a, la parte de las características que se consideran en la figura 1.4b,

se encuentra a la derecha del eje vertical. Si se aplica un voltaje inverso, las

características a la izquierda son pertinentes. En el caso de que la corriente a

través del diodo tenga la dirección que se indica en la figura 1.4a, la parte de

las características que se considerará se encuentra por encima del eje

horizontal, en tanto que invertir la dirección requerirá el empleo de las

características por debajo del eje.

Uno de los parámetros importantes para el diodo es la resistencia en el punto o

región de operación. Si consideramos la región definida por la dirección de ID y

la polaridad de VD en la figura 1.4a (cuadrante superior derecho de la figura

3 http://mail.udlap/~lgojeda/apuntes/electronica1/mainie250.htm www.comunidaddeelectrónicos.com Curso Práctico de Luces y Sonido de Cekit Pág.94 - 96

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1.4b), encontraremos que el valor de la resistencia directa RF, de acuerdo a

como se define con la ley de Ohm es (corto circuito)

Donde: VF es el voltaje de polarización directo a través del diodo e IF es la

corriente en sentido directo a través del diodo.

El diodo ideal, por consiguiente, es un corto circu ito para la región de

conducción.

Si consideramos la región del potencial aplicado negativamente (tercer

cuadrante) de la figura 1.4b,

(Circuito abierto) donde VR es el voltaje de polarización inverso a través del

diodo e IR es la corriente inversa en el diodo.

El diodo ideal, en consecuencia, es un circuito abi erto en la región en la

que no hay conducción.

En síntesis, se aplican las condiciones que se describen en la Fig.1.5.

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Fig.1.5. Estados (a) de conducción y (b) de no conducción del diodo ideal 3

En general, es relativamente sencillo determinar si un diodo se encuentra en la

región de conducción o en la de no conducción observando tan solo la

dirección de la corriente ID establecida por el voltaje aplicado. Para el flujo

convencional (opuesto al de los electrones), si la corriente resultante en el

diodo tiene la misma dirección que la de la flecha del mismo elemento, éste

opera en la región de conducción. Esto se representa en la Fig.1.6a. Si la

corriente resultante tiene la dirección opuesta, como se muestra en la Fig.1.6b,

el circuito abierto equivalente es el apropiado.

Fig.1.6(a) Estado de conducción y (b) de no conducción del diodo ideal

determinados por la dirección de corriente de la red aplicada. 3

El diodo semiconductor se forma uniendo los materiales tipo N y tipo P, los

cuáles deben estar construidos a partir del mismo material base, el cual puede

ser Ge o Si.

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Fig.1.7. Región de Agotamiento 3

En el momento en que dos materiales son unidos (uno tipo N y el otro tipo P),

los electrones y los huecos que están en, o cerca de, la región de "unión", se

combinan y esto da como resultado una carencia de portadores (tanto como

mayoritarios como minoritarios) en la región cercana a la unión. Esta región de

iones negativos y positivos descubiertos recibe el nombre de Región de

Agotamiento por la ausencia de portadores. Véase Fig.1.7.

Existen tres posibilidades al aplicar un voltaje a través de los terminales del

diodo:

No hay polarización ( VD = 0 V).- En condiciones sin polarización, los

portadores minoritarios (huecos) en el material tipo N que se encuentran dentro

de la región de agotamiento pasarán directamente al material tipo P y

viceversa. En ausencia de un voltaje de polarización aplicado, el flujo neto de

carga (corriente) en cualquier dirección es cero para un diodo semiconductor.

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Fig.1.8. Diodo aplicado un voltaje directo 3

La aplicación de un voltaje positivo "presionará" a los electrones en el material

tipo N y a los huecos en el material tipo P para recombinar con los iones de la

frontera y reducir la anchura de la región de agotamiento hasta desaparecerla

cuando VD =0.6V para diodos de Silicio. Véase Fig.1.8.

ID = I mayoritarios - IS

1.4.1. POLARIZACIÓN DIRECTA ( VD > 0 V)

Para que circulen los portadores mayoritarios de corriente de un lado a otro y

pueda establecerse un flujo de corriente a través de unión P-N, la barrera de

iones o barrera de potencial debe ser superada. La forma de conseguirlo es

aplicando un voltaje externo de polarización como se muestra en la Fig.1.9.

A este modo de conexión se lo llama polarización directa, de tal forma que el

positivo de la fuente se conecte al electródo del lado P o ánodo y el negativo al

del lado N o cátodo. Con esta forma de polarización, los electrones libres del

material N son rechazados por la batería y emigran en dirección de la juntura.

Lo mismo sucede con los huecos del material P respecto al terminal positivo de

la batería

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Fig.1.9. Polarización directa 3

Como consecuencia de lo explicado, en la juntura P-N se presenta una fuerte

concentración de portadores de corriente. Bajo la influencia del voltaje de la

batería, el cuál es superior al generado por la barrera de iones, los electrones y

huecos atraviesan esta última y se combinan mutuamente (Ver Fig.1.9.).

Por cada combinación de un electrón y un hueco, penetra un electrón por el

terminal negativo y sale otro por el terminal positivo. De este modo, fluye una

corriente eléctrica a través del circuito externo.

Podemos decir entonces que el diodo está polarizado directamente cuando

actúa como un conductor, porque ofrece muy poca resistencia la paso de la

corriente.

1.4.2. POLARIZACIÓN INVERSA ( VD < 0 V) 3

Supongamos ahora que el terminal positivo de la pila se conecta al cátodo

(lado N) y el negativo se conecta al ánodo (lado P), como se muestra en la

Fig.1.10. Este modo se denomina polarización inversa o de no conducción.

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Fig.1.10. Polarización inversa del diodo 3

En un diodo polarizado inversamente, los electrones libres del material N son

atraídos por el terminal positivo, alejándose de la juntura. Lo mismo sucede con

los huecos de P respecto al terminal negativo.

Como consecuencia de lo ya explicado, en la juntura P-N se presenta una

drástica ausencia de portadores de corriente (ver Fig.1.10.). Bajo la influencia

del voltaje de la batería, los electrones y huecos no pueden atravesar la

barrera, y por lo tanto, no hay circulación de corriente a través del diodo, con lo

que podemos decir que un diodo polarizado inversamente actúa como un

aislante, porque ofrece muy alta resistencia al paso de la corriente.

Recordemos que, además de portadores mayoritarios de corriente (electrones

N y huecos P), en un diodo existen también unos pocos portadores minoritarios

(huecos N y electrones P). Bajo la influencia del voltaje inverso, los portadores

minoritarios se concentran en la juntura, la atraviesan y se combinan

mutuamente, permitiendo que circule una corriente de fuga muy débil, llamada

corriente inversa de fuga. Si se continúa aumentando este voltaje, llega un

momento en que el diodo entra en avalancha, es decir, se produce una

corriente muy grande que destruye físicamente al diodo. A este voltaje se lo

llama voltaje zener, o de ruptura. En general, el estado de avalancha de un

diodo se caracteriza por el aumento repentino y considerable de la corriente

inversa. Si esa corriente no se limita, se rompe la estructura cristalina y el diodo

se destruye.

1.5. DIODO EMISOR DE LUZ 1

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1) Un diodo emisor de luz (LED) es una fuente de unión de la luz de unión PN

de estado sólido.

2) El LED debe polarizarse directamente para emitir luz; un LED polarizado

inversamente no emite luz.

3) La intensidad de la luz se determina mediante la cantidad de corriente

directa.

4) El color de la luz se determina por el tipo de semiconductor y materiales de

las impurezas.

5) La caída de voltaje directo a través de un LED es esencialmente constante.

Una unión PN exhibe la interesante característica de ser sensible a la luz, o sea

que la luz que incide en la juntura puede alterar las características de ésta y

provocar un flujo de corriente a través de la misma. Ya que es así, es lógico

suponer que bajo las condiciones correctas el flujo de corriente a través de la

juntura debe de hacer que se emita luz desde la juntura, lo que ocurre en

determinados tipos de materiales semiconductor y a esas uniones PN se les

conoce como diodo emisor de luz (LED).

Refiérase a la Fig.1.11. (a) Y (b) Se forma una juntura cuando se unen

materiales semiconductores de tipo P y N. El material de tipo P tiene una

deficiencia de electrones y el material tipo N tiene un exceso de electrones.

Debido a la ausencia de electrones, existen “huecos” en la estructura atómica

del material P, que significan una carga positiva neta, que existe a bajos niveles

de energía. En el material tipo N, los electrones tienen la libertad de moverse al

azar debido a que están en exceso y no están restringidos a ningún átomo

determinado. Estos electrones en el estado libre están a un nivel de energía

más alto que los huecos correspondientes en el material P. Cuando se aplica

polarización directa a la juntura, los electrones comienzan a moverse a través

de la juntura N al P.

También se puede decir que hay cierto flujo de huecos en la dirección opuesta

desde el material P al N debido a los electrones que migran.

1 Electricidad y Electrónica Práctica- BUCK ENGINEERING CO. INC. –Versión Española Primera edición 1984 Lab Volt Pág. 17-1,17-2 http://www.monografias.com/trabajos11/leds/leds2.shtml

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Fig.1.11a. Polarización directa 1 Fig.1.11b. Polarización inversa 1

Ya que los huecos son la ausencia de electrones en un átomo, algunos de los

electrones son atraídos a estos átomos y se mueven para llenar los huecos, lo

que se conoce como recombinación. En el proceso de recombinarse, el

electrón se mueve desde un nivel de energía alta a otro de baja energía, y al

hacerlo debe ceder energía. Esta forma de energía se libera en forma de

paquetes de luz conocidos como fotones. El número de recombinaciones que

ocurren y por tanto la cantidad de luz que se da queda determinada por la

corriente que se permite que fluya cuando la unión está polarizada

directamente. Sin embargo como con cualquier unión PN, las consideraciones

prácticas limitan la máxima corriente permisible. La mayoría de estas

recombinaciones ocurren cerca de la unión. Los electrones libres que no se

recombinan fluyen al circuito externo y regresan al material N a través de la

fuente de polarización.

El color de la luz que cede el LED está determinado por la cantidad de energía

liberada en el proceso de recombinación, lo que está controlado por el tipo de

material semiconductor y el tipo y la cantidad de material de impurezas

inyectado al semiconductor. Los materiales semiconductores LED utilizados

comúnmente son: arseniuro de galio (Ga As); fosfuro de galio (Ga P); y fosfuro

arseniuro de galio (Ga As P). la cantidad de luz que escapa de la unión se

controla mediante la configuración física: la construcción plana hace que la luz

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se refleje al LED, donde se absorbe; la forma semiesférica permite que escape

más luz y por tanto se usa más comúnmente.

Los diodos emisores de luz son pequeños dispositivos de construcción robusta

que tienen larga esperanza de vida. Debido a su construcción de estado sólido

tal como los circuitos integrados. Se pueden encender y apagar

instantáneamente y se puede cambiar con rapidez la intensidad de la luz; en

consecuencia, están reemplazando lámparas pequeñas de tipo de filamento en

muchas aplicaciones.

Sus usos principales son en circuitos de lectura digital y en despliegues

alfanuméricos, pero también se utilizan como fuentes moduladas de luz en

dispositivos como son las alarmas contra robos, mecanismos para abrir puertas

automáticas, contadores de líneas de armado, lectores de tarjetas digitales y

sistemas de grabación y transmisión de datos y sonido.

1.6. DISPLAY DE 7 SEGMENTOS (ARREGLO DE LEDS) 1

Una de las aplicaciones más populares de los LED’s es la de señalización.

Quizás la más utilizada sea la de 7 LED’s colocadas en forma de ocho tal y

como se indica en la Fig.1.12a. Aunque externamente su forma difiere

considerablemente de un diodo LED típico, internamente están constituidos por

una serie de diodos LED con unas determinadas conexiones internas. En la

Fig.1.12b se indica el esquema eléctrico de las conexiones del interior de un

indicador luminoso de 7 segmentos.

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Fig.1.12. (a) Display de 7 segmentos. (b) A la izquierda aparecen las dos

posibles formas de construir el circuito 1

1.7. REGULADOR DE VOLTAJE 1

1) La regulación de carga es la capacidad de una fuente para mantener su

voltaje de salida constante cuando la corriente de salida cambia.

2) Las fuentes de energía generalmente contienen dispositivos de protección

contra la sobrecarga.

Todos los dispositivos eléctricos y electrónicos requieren de una fuente de

energía eléctrica. En muchos aparatos domésticos se utiliza la corriente alterna

disponible en contactos eléctricos de las casas. Por lo general, estos

dispositivos funcionan mediante motores (lavadoras, licuadoras, batidoras,

aspiradoras) o unidades de calefacción (tostadores, secadoras de ropa, estufas

eléctricas). Otros dispositivos requieren de una fuente de energía regulada de

corriente directa capaz de proporcionar valores de corriente específicos. Una

fuente de energía regulada tiene la capacidad para mantener constante el nivel

de voltaje de salida de corriente directa cuando cambia el nivel de la corriente

de carga. Los aparatos televisores, radios, amplificadores estéreo y grabadoras

de cinta son algunos de los aparatos que requieren de fuentes de energía de

corriente directa. Naturalmente, en los equipos eléctricos y electrónicos más

complicados, como radares, láser, auxiliares de navegación aérea y marítima,

1 Electricidad y Electrónica Práctica- BUCK ENGINEERING CO. INC. –Versión Española Primera edición 1984 Lab Volt Pág. 17-1,17-2 (Diodo led) Electricidad y Electrónica Práctica- BUCK ENGINEERING CO. INC. –Versión Española Primera edición 1984 Lab Volt Pág. 5-1, 5-2 (Regulador de Voltaje) http://www.monografias.com/trabajos11/leds/leds2.shtml

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aparatos de rayos X, sistemas de comunicaciones terrestres de largo alcance

se utilizan fuentes de energía de corriente directa reguladas en forma muy

precisa.

Cuando se construyen o se reparan dispositivos que funcionan en corriente

directa, se utiliza una fuente de energía independiente, capaz de proporcionar

un amplio rango de voltajes y corriente directa (y corriente alterna). Esta fuente

no solo debe ser capaz de proporcionar energía regulada cd, sino también

debe contener circuitos de protección para que la fuente no se dañe debido a

sobrecargas, y estos dispositivos tampoco se deben dañar por falla de uno o

más de circuitos.

La mayoría de fuentes reguladas son de corriente limitada, o sea que la

corriente proporcionada a la carga se mantiene por debajo de algún valor límite

máximo. Si en la carga se necesita más corriente que la marca límite, la fuente

reduce su salida de voltaje, o cae a cero, lo que protege la carga y los circuitos

de la fuente para que no se dañe por exceso de corriente.

1.8. EL TRANSISTOR BIPOLAR 4

El transistor bipolar es la base fundamental de los circuitos electrónicos

lineales.

Su funcionamiento se basa en dos tipos de cargas: huecos y electrones, esta

es la razón por la que se le llama transistor bipolar, si solamente un transistor

fuera empleado (electrón o hueco), se consideraría un dispositivo unipolar.

Un transistor bipolar es un dispositivo formado por tres capas de material

semiconductor organizadas en forma de “sándwich”. Puede ser un material

tipo N entre dos materiales tipo P o viceversa. De acuerdo a la forma como se

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alternen estas tres capas, se puede obtener dos tipos de transistores: el tipo

NPN y el tipo PNP.

Fig.1.13 . El transistor NPN 4

En la Fig.1.13. se muestra la estructura y el símbolo de un transistor NPN. Está

formado por una región muy delgada de material tipo P colocada entre dos

regiones de material tipo N.

La capa P del centro es la base (B) y las dos capas N de los extremos son el

emisor (E) y el colector (C), respectivamente.

En la Fig.1.14. se muestra la estructura y el símbolo de un transistor PNP. Está

formado por una región tipo N muy delgada colocada entre dos regiones tipo P.

La capa N del centro

es la base (B) y los dos

capas del extremo

son el colector (C) y el

emisor (E),

respectivamente.

4 http://mail.udlap/~lgojeda/apuntes/electronica1/mainie250.htm Curso Práctico de Luces y Sonido de Cekit Pág.99 – 107, 110 – 111.

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Fig.1.14 . El transistor PNP 4

Además debido a la forma como se alternan las capas P y N, en un transistor

bipolar se originan dos uniones o junturas PN: una entre emisor y base (el

diodo emisor) y otra entre colector y base (el diodo colector). A estas zonas las

denominaremos, respectivamente, unión base-emisor (B-E), o emisor-base (E-

B) y unión base-colector (B-C), o colector base (C-B), como se muestra en la

Fig.1.15.

Fig.1.15. Junturas del transistor 4

1.8.1. CONSTRUCCIÓN DEL TRANSISTOR

Fig.1.16.Tipos de transistores: 4

(a) pnp ;

(b) npn .

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El transistor es un dispositivo semiconductor de tres capas, compuesto ya sea

de dos capas de material tipo n y una de tipo p o dos capas de material tipo p y

una de tipo n. El primero se denomina transistor npn, en tanto que el último

recibe el nombre de transistor pnp. Ambos se muestran en la Fig.1.16a y b con

la polarización de cd adecuada. Encontraremos que la polarización de cd es

necesaria para establecer una región de operación apropiada para la

amplificación de corriente alterna. Las capas exteriores del transistor son

materiales semiconductores con altos niveles de dopado, y que tienen capas

mucho más anchas que los correspondientes al material emparedado de tipo p

o n. En los transistores que se muestran en la figura 1.16, la relación entre el

ancho total y el de la capa central es de 0.150/0.001 = 150:1. El dopado de la

capa emparedada es también considerablemente menor que el de las capas

exteriores (por lo general de 10:1 o menos). Este menor nivel de dopado

reduce la conductividad (incrementa la resistencia) de este material al limitar el

número de portadores "libres".

En la polarización que se muestra en la Fig.1.16., las terminales se han

indicado mediante letras mayúsculas, E para el emisor, C para el colector y B

para la base.

Una justificación respecto a la elección de esta notación se presentará cuando

se estudie la operación básica del transistor. La abreviatura BJT (bipolar

junction transistor = transistor de unión bipolar) se aplica a menudo a este

dispositivo de tres terminales. El término bipolar refleja el hecho de que los

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electrones y los huecos participan en el proceso de inyección en el material

polarizado opuestamente. Si sólo uno de los portadores se emplea (electrón o

hueco), se considera que el dispositivo es unipolar.

1.8.2. OPERACIÓN DEL TRANSISTOR 4

La operación básica del transistor se describirá ahora empleando el transistor

pnp de la Fig.1.16a. La operación del transistor npn es exactamente igual si se

intercambian los papeles que desempeñan los electrones y los huecos. En la

Fig.1.17. se ha redibujado el transistor pnp sin la polarización base a colector.

Nótense las similitudes entre esta situación y la del diodo polarizado

directamente.

El ancho de la región de agotamiento se ha reducido debido a la polarización

aplicada, lo que produce un denso flujo de portadores mayoritarios del material

tipo p al tipo n.

Fig.1.17. Unión polarizada directamente de un transistor pnp 4

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Se elimina ahora la polarización base a emisor del transistor pnp de la

Fig.1.16a como se indica en la Fig.1.18. Recuérdese que el flujo de portadores

mayoritarios es cero, por lo que sólo se presenta un flujo de portadores

minoritarios, como se ilustra en la Fig.1.18. En resumen, por tanto:

Una unión p-n de un transistor está polarizada inve rsamente, en tanto que

la otra presenta polarización directa.

En la Fig.1.18 ambos potenciales de polarización se han aplicado a un

transistor pnp, con un flujo de portadores mayoritario y minoritario que se

indica. En la Fig.1.18 nótense los anchos de las regiones de agotamiento, que

indican con toda claridad qué unión está polarizada directamente y cuál

inversamente. Como se indica en la Fig.1.18, un gran número de portadores

mayoritarios se difundirán a través de la unión p-n polarizada directamente

dentro del material tipo n. La pregunta es entonces si estos portadores

contribuirán en forma directa a la corriente de base IB o pasarán directamente

hacia el material tipo p. Puesto que el material tipo n emparedado es

sumamente delgado y tiene una baja conductividad, un número muy pequeño

de estos portadores seguirá la trayectoria de alta resistencia hacia la terminal

de la base. La magnitud de la corriente de base es por lo general del orden de

microamperes en comparación con los miliamperes de las corrientes del emisor

y del colector. El mayor número de estos portadores mayoritarios se difundirá a

través de la unión polarizada inversamente dentro del material tipo p conectado

a la terminal del colector, como se indica en la Fig.1.18. La causa de la relativa

facilidad con la que los portadores mayoritarios pueden cruzar la unión

polarizada inversamente puede comprenderse si consideramos que para el

diodo polarizado en forma inversa, los portadores mayoritarios inyectados

aparecerán como portadores minoritarios en el material tipo n. En otras

palabras, ha habido una inyección de portadores minoritarios al interior del

material de la región base de tipo n. Combinando esto con el hecho de que

todos los portadores minoritarios, en la región de agotamiento cruzarán la unión

polarizada inversamente, se explica el flujo que se indica en la Fig.1.18.

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Aplicando la ley de corriente de Kirchhoff al transistor de la Fig.1.18. Como si

fuera a un sólo nodo, obtenemos:

IE = IC + IB

Se descubre que la corriente en el emisor es la suma de las corrientes en el

colector y la base, Sin embargo, la corriente en el colector está formada por

dos componentes: los portadores mayoritarios y minoritarios como se indica en

la Fig.1.18. La componente de corriente minoritaria se denomina corriente de

fuga y se simboliza mediante ICO (corriente IC con la terminal del emisor

abierta = open). Por lo tanto, la corriente en el colector se determina

completamente mediante la ecuación.

IC = ICmayoritaria + ICOminoritaria

Fig.1.18. Unión polarizada

inversamente de un

transistor pnp y Flujo de

portadores mayoritarios y

minoritarios de un

transistor pnp.4

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En el caso de transistores de propósito general, IC se mide en miliamperes, en

tanto que ICO se mide en microamperes o nanoamperes. ICO como Is para un

diodo polarizado inversamente, es sensible a la temperatura y debe

examinarse con cuidado cuando se consideren aplicaciones de intervalos

amplios de temperatura. Si este aspecto no se trata de manera apropiada, es

posible que la estabilidad de un sistema se afecte en gran medida a elevadas

temperaturas. Las mejoras en las técnicas de construcción han producido

niveles bastante menores de ICO, al grado de que su efecto puede a menudo

ignorarse.

1.9. NEUMÁTICA (DISPOSITIVOS NEUMÁTICOS) 5

La técnica neumática constituye hoy en día el complemento ideal de la

mecánica en cualquier proceso de producción moderno, la incorporación

relativamente reciente de estas tecnologías ha conseguido simplificar las

maquinas haciendo mas sencillos los movimientos, a la vez que se ha logrado

cierto grado de automatización de forma simple y económica. La

automatización se ha convertido con el paso del tiempo en una necesidad

cotidiana, que no sólo afecta a las grandes empresas, sino a cualquier industria

independiente de su capacidad de producción. Se trata de sustituir los

procesos manuales por mecanismos y máquinas automáticas, que eviten en lo

posible la participación directa del hombre para lograr mayor rapidez y

seguridad en los sistemas productivos.

La neumática juega aquí un papel importante debido, sobre todo, a que resulta

muy flexible y capaz de ser utilizada en prácticamente cualquier tipo de

industria.

De los diferentes campos donde se aplica, cabe destacar: máquinas y

mecanismos diversos en la industria en general, elevación y transporte,

industria alimentaria, manipulación y robotización, medida y control,

automoción, obras públicas, agricultura, etc.

5 NEUMÁTICA, A. Serrano Nicolás Pág. 18

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Al igual que la energía eléctrica, la energía neumática suele encontrarse

fácilmente disponible. Cualquier taller o industria por pequeña que sea, posee

un compresor general que alimenta diferentes puntos de la planta de

producción, desde donde se toma para ser utilizada.

En la neumática pueden considerarse las siguientes ventajas:

• Facilidad de implantación. La instalación es sencilla rápida y limpia.

• Los componentes neumáticos que conforman el circuito don

económicos.

• Los movimientos son rápidos

• La elasticidad que ofrece este medio puede ser utilizada en

determinados montajes donde sea precisa esta característica

• En muchos casos de automatización, la neumática es autosuficiente.

No son precisos componentes eléctricos, de ningún otro tipo.

• La energía neumática puede almacenarse y ser transportada en

recipientes herméticamente cerrados.

• Las instalaciones de aire comprimido son insensibles a los cambios de

temperatura y no hay peligro de incendio o de explosión

Una de las mayores limitaciones en neumática es la fuerza, no es conveniente

sobrepasar los 30.000 Newtons. Otra limitación importante es el ruido; existen

actividades, como por ejemplo centros hospitalarios, donde su uso está muy

limitado debido al ruido que producen los escapes de aire de los diferentes

componentes.

1.9.1. PRODUCCIÓN, DISTRIBUCIÓN Y TRATAMIENTO

DEL AIRE 5

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El componente principal de producción de aire es, sin lugar a dudas, el

compresor. Este elemento se encarga de captar el aire atmosférico de su

entorno, elevar la presión del mismo y, después, alimentar el depósito y la

canalización general.

El aire, tal como sale del compresor, es prácticamente inutilizable ya que lleva

en suspensión impurezas atmosféricas, agua y restos de aceite, además de

obtenerse a alta temperatura debido al proceso de compresión. Ello significa

que en el grupo de producción deben estar presentes otros componentes

auxiliares que hagan, con su presencia, que el aire pueda ser utilizado sin

problemas en los diferentes consumidores.

Aunque las tendencias modernas se inclinan hacia la posibilidad de utilizar aire

no lubricado en los circuitos neumáticos, todavía predomina y, posiblemente

durante cierto tiempo, el aire con un tratamiento final en la entrada de los

mismos, como filtrado de impurezas, decantado del agua (separación de las

partículas sólidas que se hallan en suspensión en un líquido por acción de la

gravedad) y lubricado mediante partículas de aceite finamente dispersas en el

seno del mismo.

Pero los distintos elementos utilizados en los circuitos neumáticos están

constituidos por una mecánica delicada que es preciso preservar. Las

estrechas tolerancias de fabricación, en alto grado de acabado superficial en

los elementos deslizantes y el rozamiento entre las partes móviles, hacen que

el aire empleado deba ser de la mayor calidad posible. El aire ideal en este

caso sería un aire exento totalmente de impurezas y agua, y con una ligera

dosis de lubricante que suavizará los movimientos interiores de correderas de

válvulas, émbolos y vástagos de cilindros.

En una instalación convencional no es posible obtener aire de esta calidad ya

que el aire arrastra algunas impurezas de pequeño tamaño, que no han sido

filtradas en el origen: partículas metálicas desprendidas al montar racores de

unión y válvulas de paso, restos de oxidaciones interiores de las tuberías y,

también, restos de aceite de lubricación que no han podido eliminarse del todo

5 NEUMÁTICA, A. Serrano Nicolás Pág. 67-68

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en el proceso de decantación junto al compresor. El agua, a pesar de las

decantaciones sucesivas, sigue haciendo acto de presencia aunque ya en

reducidas porciones.

Es preciso, pues, someter el aire a un tratamiento final que lo haga apto para el

consumo. Para ello, y ya formando parte de la máquina neumática, se instalan

en la entrada de las mismas, pequeños grupos concebidos para este fin.

Tales grupos conocidos como unidades de mantenimiento, filtran el aire,

decantan su humedad, regulan la presión y lubrican el aire mediante aceite

limpio, finamente disperso en el gas.

1.9.2. UNIDAD DE MANTENIMIENTO 5

La unidad de mantenimiento representa una combinación de los siguientes

elementos:

• Filtro de aire comprimido

• Regulador de presión

• Lubricador de aire comprimido

En la Fig.1.19. se muestra esquemáticamente una de estas unidades donde un

sólo conjunto, y formando un bloque homogéneo, se montan diversos

componentes.

5 NEUMÁTICA, A. Serrano Nicolás Pág. 83-85

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Fig.1.19. Grupo de filtraje, regulación y lubricación 5

En primer lugar se instala el elemento de filtraje (1), cuya misión es la de liberar

al aire de impurezas y del agua en suspensión (refiérase Fig.1.19.). Están

dotados de un vaso transparente en cuyo fondo se depositan dichas impurezas

y el agua.

La evacuación se efectúa a través del purgador (6) que puede ser de apertura

manual o automática. En el centro del grupo se monta el regulador de presión

(2), cuyo objetivo es mantener una presión de trabajo de salida, constante, pero

inferior a la presión de entrada o de la red. Dicha presión de salida es

controlada mediante el pequeño volante incorporado. Sobre este mismo

componente se instala un manómetro que indica en todo momento el nivel de

presión regulada. El elemento (4) es el lubricador de aire y suministra aceite

limpio al aire, finamente disperso. El funcionamiento se basa en el principio de

Venturi al aspirar aceite a través de la cúpula transparente (3) de la parte

superior. El aceite de engrase se encuentra en el recipiente, también

transparente (5) alojado en la parte inferior.

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1.9.3. CONSERVACIÓN DE LAS UNIDADES DE

MANTENIMIENTO 6

Es necesario efectuar en intervalos regulares los trabajos siguientes de

conservación:

a) Filtro de aire comprimido: Debe examinarse periódicamente el nivel del

agua condensada, porque no debe sobrepasar la altura indicada en la

mirilla de control. De lo contrario, el agua podría ser arrastrada hasta la

tubería por el aire comprimido. Para purgar el agua condensada hay que

abrir el tornillo existente en la mirilla. Asimismo debe limpiarse el cartucho

filtrante.

b) Regulador de presión: Cuando está precedido de un filtro, no requiere

ningún mantenimiento.

c) Lubricador de aire comprimido: Verificar el nivel de aceite en la mirilla y, si

es necesario, suplirlo hasta el nivel permitido. Los filtros de plástico y los

recipientes de los lubricadores no deben limpiarse con tricloroetileno. Para

los lubricadores, utilizar únicamente aceites minerales.

1.10. RACOR RÁPIDO EN T 5

Los tubos y racores son elementos que sirven para interconexionar los distintos

componentes que integran un circuito neumático. El fluido discurre por el

interior de los mismos, unas veces con presión para realizar un trabajo

determinado, y otras, sin apenas presión, es conducido para ser desalojado al

exterior y formar parte del aire atmosférico.

Independientemente del tipo de conexión, se pueden encontrar racores rectos

machos o hembras (a), racores en ángulo recto (b), en forma de T con rosca

macho o hembra(c), racor en cruz con entrada y tres salidas (d), racor con dos

salidas en forma de V y racor orientable (f), que permite girar el tubo en

cualquier dirección de un plano concreto como se muestra en la Fig.1.20.

5 NEUMÁTICA, A. Serrano Nicolás Pág. 219, 226 6 http://www.monografias.com/trabajos13/geairdos/geairdos.shtml

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Fig.1.20. Tipos de racores representativos 5

En cuanto a los materiales empleados se mencionarán los de uso más

frecuentes, como son los de acero, acero inoxidable, latón y diferentes

materiales plásticos.

1.11. SILENCIADORES 5

Los problemas que presenta la utilización de la energía neumática es el ruido

de los escapes del aire al exterior. En mayor o menor medida, e

independientemente de la ubicación del aparato o máquina neumática, el ruido

siempre es molesto.

Con la utilización de los silenciadores montados en los escapes este efecto se

reduce considerablemente.

En la Fig.1.21. se muestra uno de estos elementos. Son de reducido tamaño y

se enroscan en los orificios de los escapes. Aunque se construyen con diversos

materiales, los de mayor uso son los de bronce sinterizado, donde el aire, antes

5 NEUMÁTICA, A. Serrano Nicolás Pág. 219, 226 (Racores)

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de salir al exterior, recorre todo un laberinto de dificultades. En realidad lo que

se

consigue es frenar la salida y, por supuesto, perder energía. La incorporación

de silenciadores supone una cierta reducción de velocidad en los cilindros, por

ello son desaconsejables cuando lo que se pretende es aumentar el valor de

ésta.

Aunque el montaje de los silenciadores es independiente del montaje de los

reguladores de escape, a veces se montan ambos elementos a la vez.

Fig.1.21. Silenciador 5

1.12. ELECTROVÁLVULA 5

El mando electromagnético de una válvula se utiliza cuando la señal procede

de un final de carrera eléctrico, de un preóstato o de un dispositivo eléctrico. A

través de este tipo de mando la señal eléctrica es transformada en una señal

neumática destinada a accionar el mecanismo de cierre o apertura de las

distintas vías de las válvulas.

Pueden ser de mando directo, son elementos que constan escencialmente de

un cuerpo de válvula (3), de la bobina electromagnética (1) y del núcleo móvil

5 NEUMÁTICA, A. Serrano Nicolás Pág. 158-159 (Silenciadores)

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(4), provisto de los asientos de cierre. La alimentación de las bobinas puede ser

con corriente alterna o corriente continua. Para las de alterna, las tensiones

disponibles son de 24, 48, 110, 220 y 240 v. en corriente continua existe una

gama más restringida, limitada a 24, 48, y 110 v.

Como puede apreciarse en la Fig.1.22a., al cerrar el contacto eléctrico (2) de

alimentación de la bobina (1), se crea un campo magnético con una fuerza

axial suficiente como para vencer la acción del resorte y atraer al núcleo (4).se

abre así el paso de (P) hacia (A) y se cierra a la vez la salida (R). Al dejar de

alimentar la bobina, el resorte hace volver el núcleo a su posición de reposo y

se cierra el paso de (P) a (A), comunicando este último orificio con la salida a la

atmósfera de (R). Fig.1.22b. Electroválvula, Fig.1.22c símbolo

Fig.1.22a . Elementos de una electroválvula 5

Fig.1.22b. Electroválvula 5 Fig.1.22c. Símbolo 5

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1.13. CILINDROS DE SIMPLE EFECTO 5

El cilindro de simple efecto sólo puede realizar trabajo en un único sentido, es

decir, el desplazamiento del émbolo por la presión de aire comprimido tiene

lugar en un solo sentido, pues el retorno a su posición inicial se realiza por

medio de un muelle recuperador que lleva el cilindro incorporado o bien

mediante la acción de fuerzas exteriores.

En la práctica existen varios tipos. Los más empleados son los cilindros de

émbolo. El movimiento de trabajo es efectuado por el aire a presión que obliga

a desplazarse al émbolo comprimiendo el muelle y, al desaparecer la presión,

el muelle hace que regrese a su primitiva posición de reposo. Por eso los

cilindros de simple efecto se utilizan cuando el trabajo debe realizarse en una

sola dirección. Hay que tener presente que existe aire a la presión atmosférica

en la cámara opuesta, pero puede escaparse a la atmósfera a través de un

orificio de escape.

Mediante el resorte recuperador incorporado, queda limitada la carrera de los

cilindros de simple efecto; por regla general la longitud de la carrera no supera

los 100mm. Por razones prácticas, son de diámetro pequeño y la única ventaja

de estos cilindros es su reducido consumo de aire, por lo que suelen aplicarse

como elementos auxiliares en las automatizaciones. Véase Fig.1.23a. el

cilindro en su forma real Fig.1.23b. Símbolo.

5 NEUMÁTICA, A. Serrano Nicolás Pág. 144-145 (Electroválvula)

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Fig.1.23a. El cilindro en su forma real 5 Fig.1.23b. Símbolo 5

1.14. PRINCIPIOS DE OPERACIÓN DE LOS SENSORES

CAPACITIVOS DE PROXIMIDAD. 6

Un sensor es un dispositivo para detectar y señalar una condición de cambio.

Con frecuencia, una condición de cambio, se trata de la presencia o ausencia

de un objeto o material (detección discreta). También puede ser una cantidad

capaz de medirse, como un cambio de distancia, tamaño o color (detección

analógica). Los sensores posibilitan la comunicación entre el mundo físico y los

sistemas de medición y/o de control, tanto eléctricos como electrónicos,

utilizándose extensivamente en todo tipo de procesos industriales y no

industriales para propósitos de monitoreo, medición, control y procesamiento.

Consta de una sonda situada en la parte posterior de la cara del sensor (véase

Fig.1.24.) el cuál es una placa condensadora. Al aplicar corriente al sensor, se

genera un campo electrostático que reacciona a los cambios de la capacitancia

causados por la presencia de un objeto.

Cuando el objeto se encuentra fuera del campo electrostático, el oscilador

permanece inactivo, pero cuando el objeto se aproxima, se desarrolla un

acoplamiento capacitivo entre éste y la sonda capacitiva. Cuando la

capacitancia alcanza un límite especificado, el oscilador se activa, lo cuál

dispara el circuito de encendido y apagado. Construcción Fig.1.25.

5 NEUMÁTICA, A. Serrano Nicolás Pág. 144-145

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Fig.1.24. Diagrama de detección 7

Fig.1.25. Diagrama de bloques de un sensor capacitivo 7

Oscilador.-la amplitud de oscilación varía al aproximarse un objeto

Potenciómetro.- la sensibilidad (distancia de detección) de la mayoría de los

sensores capacitivos puede ajustarse por medio de un potenciómetro

(resistencia variable) De esta forma es posible eliminar la detección de ciertos

medios (por ejemplo, es posible determinar el nivel de un líquido a través de la

pared de vidrio de su recipiente)

C. Rectificador.- la señal alterna recibida del oscilador es convertida por medio

del circuito rectificador, de manera que la aproximación del objeto al sensor se

traducirá en una variación de una señal de corriente continua

C. Disparador.- este circuito (trigger) compara la señal que le proporciona el

rectificador con una señal umbral que cambia ligeramente dependiendo del

estado de activación, creando así la histéresis del sensor de proximidad.

Etapa de Salida.- la etapa de salida acondiciona la señal proporcionada por el

circuito comparador a los valores de tensión o corriente normalizados,

activando o desactivando la salida según corresponda.

7 http://www.ing.uc.edu.ve/~emescobar/automat_I/contenido_menu/Unidad_I

II/Contenido/pagina6/pagina6.htm

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VENTAJAS

DESVENTAJAS

• Detectan objetos metálicos y no

metálicos, así como sólidos y líquidos.

• Pueden “ver a través” de ciertos

materiales.

• Son de estado sólido y tienen una

larga vida útil.

• Disponen de muchas configuraciones

de montaje.

• Distancia de detección corta (1

pulgada o menos) que varía en

función del material detectado.

• Son muy sensibles a factores

ambientales. La humedad en climas

costeros o lluviosos puede afectar el

resultado de la detección.

• No son selectivos con respecto al

objeto detectado: en esencial

controlar qué es lo que se aproxima al

sensor

Tabla 1.1. Ventajas y Desventajas de los sensores capacitivos 7

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Aplicaciones:

Detección de nivel de aceite, agua, PVC, colorantes, harina, azúcar, leche en

polvo, posicionamiento de cintas transportadoras, detección de bobinas de

papel, conteo de piezas metálicas y no metálicas, entre otros, Fig.1.26.

Fig.1.26. Aplicaciones

7 http://www.ing.uc.edu.ve/~emescobar/automat_I/contenido_menu/Unidad_I

II/Contenido/pagina6/pagina6.htm

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1.15. GENERADOR DE AIRE

Es un dispositivo usado para la limpieza de computadores ya que es un

ventilador que arroja un chorro de aire direccional de bastante presión dada

ésta cualidad puede despegar con rapidez la concentración de polvo sobre los

equipos en mantenimiento. El generador de aire se muestra en la Fig.1.27.

Fig1.27. Generador de aire

1.16. CÓDIGOS DE BARRAS 8

Los códigos de barras se han integrado en cada aspecto de nuestras vidas, se

localizan en el supermercado, en tiendas departamentales, farmacias, etc. Han

sido aceptados como parte de nuestra vida diaria, pero a veces no sabemos

que es lo que representan.

Las barras y espacios aparecen impresos en etiquetas de alimentos, paquetes

de envío, brazaletes de pacientes, etc. Podría parecer que todas son iguales,

pero no es así. Cada tipo de industria tiene una simbología que maneja como

su propio estándar.

8 http://www.monografias.com/trabajos11/yantucod/yantucod.shtml

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No se requiere de gran conocimiento técnico para entenderlos, los códigos de

barras son solo una forma diferente de codificar números y letras usando una

combinación de barras y espacios en diferentes medidas. Es otra forma de

escritura, ya que reemplazan el tecleo de datos para recolectar información.

En las empresas, el uso correcto de los códigos de barras reduce la ineficiencia

y mejora la productividad de la compañía hacia un crecimiento.

Los códigos de barras son una forma fácil, rápida y precisa de codificar

información.

1.16.1. DEFINICIÓN DE CÓDIGO DE BARRAS 8

El Código de Barras es una disposición en paralelo de barras y espacios que

contienen información codificada en las barras y espacios del símbolo.

El código de barras almacena información, almacena datos que pueden ser

reunidos en él de manera rápida y con una gran precisión. Los códigos de

barras representan un método simple y fácil para codificación de información

de texto que puede ser leída por dispositivos ópticos, los cuáles envían dicha

información a una computadora como si la información hubiese sido tecleada.

Los códigos de barras se pueden imaginar como si fueran la versión impresa

del código Morse, con barras angostas (y espacios) representando puntos, y

barras anchas que representan rayas (véase Fig.1.28.).

Para codificar datos dentro de un símbolo* impreso, se usa una barra

predefinida y patrones de espacios o simbología*.

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Fig.1.28. Código de barras 8 .

*Un símbolo de código de barras es la visualización física, es la impresión de

un código de barras. **Una simbología es la forma en que se codifica la

información en las barras y espacios del símbolo de código de barras.

El código de barras representa la clave para acceder a un registro de alguna

base de datos en donde realmente reside la información, o sea, los símbolos

no contienen información del producto o artículo, no contienen el precio del

producto, sino contiene una clave que identifica al producto.

1.16.2. VENTAJAS DEL CÓDIGO DE BARRAS. 8

El código de barras ha sido creado para identificar objetos y facilitar el ingreso

de información, eliminando la posibilidad de error en la captura.

Algunas de sus ventajas de código de barras sobre otros procedimientos de

colección de datos son:

• Se imprime a bajos costos

• Permite porcentajes muy bajos de error

• Rapidez en la captura de datos

• Los equipos de lectura e impresión de código de barras son flexibles y

fáciles de conectar e instalar.

1.16.3. BENEFICIOS DEL CÓDIGO DE BARRAS. 8

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El código de barras es el mejor sistema de colección de datos mediante

identificación automática, y presenta muchos beneficios, entre otros:

• Virtualmente no hay retrasos desde que se lee la información hasta que

puede ser usada.

• Se mejora la exactitud de los datos, hay una mayor precisión de la

información.

• Se tienen costos fijos de labor más bajos.

• Se puede tener un mejor control de calidad, mejor servicio al cliente.

• Se pueden contar con nuevas categorías de información.

• Se mejora la competitividad.

• Se reducen los errores.

• Se capturan los datos rápidamente.

• Se mejora el control de las entradas y salidas.

• Precisión y contabilidad en la información, por la reducción de errores.

• Eficiencia, debido a la rapidez de la captura de datos.

El incremento de la velocidad y exactitud en la toma de datos, nos lleva a

reducir errores, nos lleva a un ahorro de tiempo y dinero.

Aplicaciones:

Las aplicaciones del código de barras cubren prácticamente cualquier tipo de

actividad humana, tanto en industria, comercio, instituciones educativas,

instituciones médicas, gobierno, etc., es decir, cualquier negocio se puede

beneficiar con la tecnología de captura de datos por código de barras, tanto el

que fabrica, como el que mueve, como el que comercializa.

Entre las aplicaciones que tiene podemos mencionar:

• Control de material en procesos

• Control de inventario

• Control de movimiento

• Control de tiempo y asistencia

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• Control de acceso

• Punto de venta

• Control de calidad

• Control de embarques y recibos

• Control de documentos y rastreos de los mismos

• Rastreos preciso en actividades

• Rastreos precisos de bienes transportados

• Levantamiento electrónico de pedidos

Como ya dijimos anteriormente, cualquier tipo de negocio puede beneficiarse

con el uso del código de barra, ya que es un sistema que captura información,

y la información es un elemento necesario para cualquier negocio, ya que sin

información no se pueden tomar decisiones.

1.16.4. SIMBOLOGÍA EN CÓDIGO DE BARRAS. 8

La "simbología" es considerada el lenguaje de la tecnología de código de

barras. Una simbología es la forma en que se codifica la información en las

barras y espacios del símbolo de código de barras.

Cuando un código de barras es digitalizado, es la simbología la que permite

que la información se lea de manera precisa. Y cuando un código de barras se

imprime, la simbología permite a la impresora comprender la información que

necesita ser turnada dentro de una etiqueta.

Podría decirse que los códigos de barras vienen en muchas formas o

presentaciones. Muchos nos son familiares porque los hemos visto en las

tiendas en los negocios, pero existen algunos otros que son estándares en

varias industrias. La industria de la salud, manufacturas, almacenes, etc. tienen

terminologías únicas para su industria y que no son intercambiables

La existencia de varios tipos de códigos de barras, se debe a que las

simbologías están diseñadas para resolver problemas específicos. De

acuerdo al tipo de necesidad de identificación interna del negocio, de acuerdo

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con los requisitos que se deben cumplir para poder comerciar según las

normas del mercado, se debe optar por el sistema de codificación mas

adecuado, es decir, existen diferentes simbologías para las diferentes

aplicaciones, y cada una de ellas tiene características propias.

La selección de la simbología dependerá del tipo de aplicación donde va a

emplearse el código de barras. El tipo de carácter, numérico o alfanumérico, la

longitud de los caracteres, el espacio que debe ocupar el código o la seguridad,

son algunos de los factores que determinarán la simbología a emplear.

A) Las principales características que definen a una simbología de código de

barras son las siguientes:

• Numéricas o alfanuméricas

• De longitud fija o de longitud variable

• Discretas o continuas

• Número de anchos de elementos

• Autoverificación.

• Quiet Zone (es el área blanca al principio y al final de un símbolo del

código de barras)

B) Las simbologías más comunes y cómo, dónde y porqué se usa:

Las simbologías se dividen en:

• Primera dimensión

• Segunda dimensión

1.16.5 . CÓDIGO DE BARRAS DE PRIMERA

DIMENSIÓN 8

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Universal Product Code (U.P.C.)

UPC es la simbología más utilizada en el comercio minorista de EEUU,

pudiendo codificar solo números.

El estándar UPC (denominado UPC-A) es un número de 12 dígitos. El primero

es llamado "número del sistema". La mayoría de los productos tienen un "1" o

un "7" en esta posición. Esto indica que el producto tiene un tamaño y peso

determinado, y no un peso variable. Los dígitos del segundo al sexto

representan el número del fabricante. Esta clave de 5 dígitos (adicionalmente al

"número del sistema") es única para cada fabricante, y la asigna un organismo

rector evitando códigos duplicados. Los caracteres del séptimo al onceavo son

un código que el fabricante asigna a cada uno de sus productos, denominado

"número del producto". El doceavo carácter es el "dígito verificador", resultando

de un algoritmo que involucra a los 11 números previos.

Este se creó en 1973 y desde allí se convirtió en el estándar de identificación

de productos, cesan desde entonces en la venta al detalle y la industria

alimenticia, como muestra la Fig.1.29.

Fig.1.29. Universal Product Code. 8

Para productos pequeños se utiliza el Código UPC-E

La industria editorial ha agregado suplementos de dos a cinco dígitos al final

símbolo UPC-A (véase Fig.1.30.), utilizado por lo general para la fecha de

publicación o el precio:

8 http://www.monografias.com/trabajos11/yantucod/yantucod.shtml

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Fig.1.30. Código UPC-E 8

European Article Numbering (E.A.N.)

El EAN es la versión propia del UPC europea, se creo en 1976.

EAN-13

Es la versión más difundida del sistema EAN y consta de un código de 13 cifras

(uno mas que el UPC) en la que sus tres primeros dígitos identifican al país, los

seis siguientes a la empresa productora, los tres números posteriores al

artículo y finalmente un dígito verificador, que le da seguridad al sistema. Este

dígito extra se combina con uno o dos de los otros dígitos para representar un

código de para, indicando el origen de la mercancía.

Para artículos de tamaño reducido se emplea el código EAN-8. Como se

muestra en la Fig.1.31

Fig.1.31. Código EAN-13 y EAN-8 8

8 http://www.monografias.com/trabajos11/yantucod/yantucod.shtml

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CÓDIGO 39

Se desarrolló en el año 1974, porque algunas industrias necesitaban codificar

el alfabeto así como también números en un código de barras,. Es un estándar

no utilizado para la industria alimenticia. Generalmente se utiliza para identificar

inventarios y para propósitos de seguimiento en las industrias, es decir esta

simbología es actualmente la más usada para aplicaciones industriales y

comerciales para uso interno ya que permite la codificación de caracteres

numéricos, letras mayúsculas y algunos símbolos como -, ., $, /, +, % y

"espacio".

Se utilizan sólo dos grosores tanto para barras como para espacios. Como se

muestra en la Fig.1.32.

Sin embargo el código 39 produce una barra relativamente larga y puede no

ser adecuada si la longitud es un factor de consideración.

Fig.1.32 . CÓDIGO 39 8

CÓDIGO 128

Este código de barras fue creado en 1981 y se utiliza cuando es necesaria una

amplia selección de caracteres más de lo que puede proporcionar el Código39.

El Código 128 utiliza 4 diferentes grosores para las barras y los espacios y

tiene una densidad muy alta, ocupando en promedio sólo el 60% de espacio

requerido para codificar información similar en Código 39. Puede codificar los

128 caracteres ASCII. (Véase Fig.1.33.)

Cuando la dimensión de la etiqueta es importante, el código 128 es una buena

alternativa porque es muy compacta lo que resulta en un símbolo denso. Esta

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simbología se usa a menudo en la industria de envíos donde el tamaño de la

etiqueta es importante.

Fig.1.33. CÓDIGO 128 8

ENTRELAZADO 2 de 5

Otra simbología muy popular en la industria de envíos, el entrelazado 2 de 5 es

ampliamente usada por la industria del almacenaje también. Es una simbología

compacta la hemos visto en cajas de cartón corrugado que se utilizan para ser

enviadas a las tiendas. (Véase Fig.1.34.).

Se basa en la técnica de intercalar caracteres permitiendo un código numérico

que utiliza dos grosores. El primer carácter se representa en barras, y el

segundo por los espacios que se intercalan en las barras del primero. Es un

código muy denso, aunque siempre debe haber una cantidad par de dígitos. La

posibilidad de una lectura parcial es alta especialmente si se utiliza un lector

láser. Por lo tanto, generalmente se toman ciertas medidas de seguridad, como

codificar un carácter de verificación al final del símbolo

Fig.1.35. ENTRELAZADO 2 de 5 8

POSNET 8 http://www.monografias.com/trabajos11/yantucod/yantucod.shtml

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Es sólo para el Servicio Postal de Estados Unidos, esta simbología codifica los

códigos postales para un procesamiento más rápido de entrega del correo.

Este aparece en el año 1980. (Véase Fig.1.35.)

Fig.1.35. POSNET 8

1.16.6. LA LECTURA DE CÓDIGOS DE BARRAS. 8

El lector de código de barras decodifica la información a través de la

digitalización proveniente de una fuente de luz reflejada en el código y luego se

envía la información a una computadora como si la información hubiese sido

ingresada por teclado; véase Fig.1.36.

El procedimiento: el símbolo de código de barras es iluminado por una fuente

de luz visible o infrarrojo, las barras oscuras absorben la luz y los espacios las

reflejan nuevamente hacia un escáner. El escáner transforma las fluctuaciones

de luz en impulsos eléctricos los cuales copian las barras y el modelo de

espacio en el código de barras. Un decodificador usa algoritmos matemáticos

para traducir los impulsos eléctricos en un código binario y transmite el

mensaje decodificado a un terminal manual, PC, o sistema centralizado de

computación. El decodificador puede estar integrado al escáner o ser externo al

mismo. Los escáners usan diodos emisores de luz visible o infrarroja (LED),

láser de Helio-Neón o diodos láser de estado sólido (visibles o infrarrojos) con

el fin de leer el símbolo.

Algunos de ellos necesitan estar en contacto con el símbolo, otros leen desde

distancias de hasta varios pies. Algunos son estacionarios, otros portátiles

como los escáners manuales.

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Fig.1.36. Lectura de códigos de barras 8

1.16.7. SISTEMAS DE LECTURA DE UN CÓDIGO DE

BARRAS. 8

Hay tres tipos básicos de sistemas de código de barras- combinados, tipo batch

portátil, y portátiles de radiofrecuencia.

1.16.7.1 Entrada de datos por teclado (portátiles o montados)

Se conectan a una computadora y transmiten los datos al mismo tiempo que el

código es leído.

1.16.7.2 Lectores portátiles tipo batch (recolección de datos en

campo)

Son operados con baterías y almacenas la información en memoria para

después transferirla a una computadora.

1.16.7.3 Lectores de radiofrecuencia

Almacenan también la información en memoria, sin embargo la información es

transmitida a la computadora en tiempo real. Esto permite el acceso

instantáneo a toda la información para la toma de decisiones.

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Compatibilidad con sistemas.

La función de escaneo y decodificación es una tarea del lector de código de

barras. Al mismo tiempo la información así obtenida necesita llevarse a la

computadora para poder ser procesada. Existen muchas opciones de

conexión de lectores de códigos de barras a una computadora, y mientras su

computadora y el software sean capaces de aceptar los datos provenientes de

un código de barras, es muy probable que el mismo software podrá generar e

imprimir códigos de barras en facturas, notas de embarque, sobres, etiquetas,

boletos, etc.., esto sería claro lo más conveniente.

¿Que aplicación de software es necesaria?

Cuando desee usar lectores de código de barras en montacargas, monitores

para el cuidado de pacientes, para enviar o recibir paquetes, o en una terminal

punto de venta, necesitará una aplicación de software. Es la aplicación de

software la que acepta los datos provenientes del lector de código de socio

silencioso de su computadora, aceptando, clasificando, procesando y

organizando los datos que llegan a la computadora, y convirtiéndolos en

información útil y necesaria para el manejo del negocio.

1.16.8. TIPOS DE LECTORES. 8

1.16.8.1 LECTORES TIPO PLUMA O LÁPIZ

Fueron los más populares, debido a su bajo precio, tamaño reducido.

Modo de uso: el operador coloca la punta del lector en la zona blanca que está

al inicio del código y lo desliza a través del símbolo a velocidad e inclinación

constante.

Desventajas:

• Requieren de cierta habilidad por parte del usuario.

• Aparatos susceptibles a caídas por su forma

• No resisten caídas múltiples de punta. 8 http://www.monografias.com/trabajos11/yantucod/yantucod.shtml

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• Pueden ser necesarios varios escaneos para conseguir una lectura

correcta.

• Sólo son prácticos cuando se leen códigos colocados en superficies

duras, planas y de preferencia horizontales.

• Funcionan bien en códigos impresos de gran calidad.

1.16.8.2. LECTORES DE RANURA O SLOT

Son básicamente lectores tipo pluma montados en una caja. La lectura se

realiza al deslizar una tarjeta o documento con el código de barras impreso

cerca de uno de sus extremos por la ranura del lector. La probabilidad de leer

el código en la primera oportunidad es más grande con este tipo de unidades

que las de tipo pluma, pero el código debe estar alineado apropiadamente y

colocado cerca del borde de la tarjeta o documento.

1.16.8.3. LECTORES TIPO RASTRILLO O CCD

Son lectores de contacto que emplean un fotodetector CCD (Dispositivo de

Carga Acoplada) formado por una fila de LED`s que emite múltiples fuentes de

luz y forma un dispositivo similar al encontrado en las cámaras de video. Se

requiere hacer contacto físico con el código, pero a diferencia de los tipo pluma

no hay movimiento que degrade la imagen al escanearla.

1.16.8.4. LECTORES CCD DE PROXIMIDAD

El escaneo es completamente electrónico, como si se tomase una fotografía al

código. No se requiere hacer contacto físico con el código pero debe hacerse a

corta distancia.

Tiene problemas de lectura en superficies curvas o irregulares.

1.16.8.5. LECTORES LASER DE PROXIMIDAD

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Requieren poca distancia del lector al objeto pero tienen mejor performance

que los CCD debido a su potente luz láser. Mejores resultados en superficies

curvas o irregulares.

1.16.8.6. LECTORES LÁSER TIPO PISTOLA

Usan un mecanismo activador el scanner para prevenir la lectura accidental de

otros códigos dentro de su distancia de trabajo. Un espejo rotatorio u oscilatorio

dentro del equipo mueve el haz de un lado a otro a través del código de barras,

de modo que no se requiere movimiento por parte del operador, éste solo debe

apuntar y disparar.

Por lo general pueden leer códigos estropeados o mal impresos, en superficies

irregulares o de difícil acceso, como el interior de una caja. Más resistentes y

aptos para ambientes más hostiles.

El lector puede estar alejado de 2 a 20 cm. del código, pero existen algunos

lectores especiales que pueden leer a una distancia de hasta 30 cm., 1,5

metros y hasta 5 metros.

1.16.8.7. LECTORES LÁSER FIJOS

Son básicamente lo mismo que el tipo anterior, pero montados en una base. La

ventana de lectura se coloca frente al código a leer (generalmente se orientan

hacia abajo) y la lectura se dispara al pasar el artículo que contiene el código

frente al lector y activarse un sensor especial. Esta configuración se encuentra

frecuentemente en bibliotecas ya que libera las manos del operador para que

pueda pasar el libro frente al lector. También se utiliza en sistemas automáticos

de fábricas y almacenes, donde el lector se coloca sobre una banda

transportadora y lee el código de los artículos que pasan frente a él.

1.16.8.8. LECTORES LASER FIJOS

OMNIDIRECCIONALES.

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Se encuentran normalmente en las cajas registradoras de supermercados. El

haz de láser se hace pasar por un arreglo de espejos que generan un patrón

ominidireccional, otorgando así la posibilidad de pasar el código en cualquier

dirección.

Los productos a leer se deben poder manipular y pasar a mano frente al lector.

Recomendados cuando se requiere una alta tasa de lectura.

1.16.8.9. LECTORES AUTÓNOMOS

No requieren atención, se usan en aplicaciones automatizadas o de cinta

transportadora. Varían en velocidad de lectura según la producción y la

orientación requerida de los códigos de barras, línea única, multilínea y

omnidireccional.

1.16.8.10. LECTORES DE CÓDIGOS DE BARRAS DE 2D

Leen códigos en dos dimensiones como PDF, DATAMATRIX y MAXICODE.

La estructura básica de un código de barras consiste de zona de inicio y

término en la que se incluye: un patrón de inicio, uno o más caracteres de

datos, opcionalmente unos o dos caracteres de verificación y patrón de

término.

La información es leída por dispositivos ópticos los cuales envían la

información a una computadora como si la información hubiese sido tecleada.

En la actualidad la Tecnología de Código de Barras es utilizada en muchas

áreas ya que ha probado ser adaptable y exitosa para los propósitos de una

identificación automática de productos. El campo de acción que abarca va

desde la recepción de los materiales, su procesamiento, hasta su despacho

final. El código de barras como sistema de codificación tiene aceptación

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mundial, y hoy en día es un requisito indispensable que sus productos puedan

ser comercializados tanto en el mercado interno como en el Mercosur, como en

el mercado Mundial.

Pero su uso no sólo es aplicable al comercio de productos, sino también se

puede emplear para uso interno de su empresa, para llevar un control exacto

de su stock, toma de inventarios y operaciones de carga y descarga de

mercadería, agilizar las ventas, y en todo aquello que involucre recolección y

manipulación de datos. La aceptación del código de barras es masiva, y hoy lo

encontramos en todos lados, supermercados, farmacias, perfumerías, videos,

depósitos, fábricas en general, etc. Y también los vemos en las boletas de

servicios públicos (agua, luz, gas, teléfono) Ésta aceptación por éste sistema

de codificación se debe a la contabilidad para la recolección automática de

datos, eliminando errores humanos producidos por mal ingreso de datos, lo que

redunda en un aumento de productividad, debido a la eficiencia, exactitud y

rapidez del mismo, lo que trae como consecuencia inmediata una mejor

atención al cliente y un aumento en sus ganancias por reducción de costos.

Las aplicaciones son amplias y variadas y crecen día a día.

CAPÍTULO 2.

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FUNCIONAMIENTO DE LA MÁQUINA DE SORTEOS

POR BLOQUES

La máquina comienza a funcionar al presionar el botón de inicio en el panel de

control el cuál activa al generador de aire, comenzando a hacer rotar las bolas

en forma aleatoria dentro de la urna; en el momento que ingresa la bola por el

orificio de salida, el sensor la detecta e instantáneamente desactiva el

generador de aire y activa el cilindro que sirve como compuerta para detener la

bola.

Una vez detectada la bola, se la debe sacar para que sea leída por el lector de

código de barras (cada bola posee su propio código de barras correspondiente

a su número) al mismo tiempo se debe presionar el botón que indique la

posición que tomará el número leído (unidades, decenas, centenas y miles);

estos botones se encuentran en el panel de control; luego esta información

será decodificada por un microcontrolador instalado en el interior, para después

ser mostrado el número en un display.

La bola ingresará nuevamente a la urna, para comenzar un nuevo juego.

2.1 CIRCUITO DE INICIACIÓN DE LA MÁQUINA

La máquina se activa al presionar el botón de inicio, en este proceso se

activarán los relés de encendido del generador de aire y del apagado del

cilindro de presión, el sentido de apagado del cilindro se entiende porque el

brazo de cerrado se encuentra en la parte interna del cilindro.

Este mecanismo hace que el generador de aire arroje un flujo de aire constante

direccional hacia el orificio de salida de las bolas y dada la condición que la

urna es cerrada, este flujo de aire se distribuye en el interior haciendo que las

bolas choquen unas contra otras; así facilitando la salida de las bolas al azar.

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Este circuito funciona con una alimentación de 24v DC que es entregado por un

transformador cuyo voltaje es rectificado mediante un puente de diodos, debido

a que los relés funcionan a 24v DC. En la Fig.2.1 se puede observar la placa

antes mencionada.

Fig.2.1 Bloque de regulación de voltaje de 110 ca a 24 cd

Así mismo, tenemos en la Fig.2.2.; el diagrama circuital del circuito de iniciación

de la máquina el cuál se podría decir que es el control manual de la misma.

Fig.2.2. Circuito de inicio de la máquina

2.2 CIRCUITO DE CONTROL NEUMÁTICO

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El circuito de control neumático está conformado por los elementos que se

encuentran en el capítulo 1 numeral 1.9. La Electroválvula es el dispositivo

central de funcionamiento, ya que nos permite el paso de aire que entrega el

compresor para alimentar el cilindro, conjuntamente con el sensor capacitivo

que nos envía una señal de aviso cuando detecta la bola, al ser detectada la

misma, la electroválvula recibe la señal del sensor activando el brazo de

cerrado del cilindro por medio de presión de aire y finalizando el proceso en

ese mismo instante lo cuál quiere decir que el generador de aire deja de

funcionar y la máquina vuelve al estado inicial lista para ser activada

nuevamente.

La unidad de mantenimiento sirve para mantener el aire sin impurezas que

pudieran dañar la electroválvula y el cilindro.

En la Fig.2.3 se puede observar un diagrama esquemático de la parte

hidráulica, que interviene en la conexión de la máquina.

Fig.2.3. Diagrama neumático

En la Fig.2.4 se observa una fotografía de la electroválvula y la unidad de

mantenimiento ya instalada en la máquina.

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Fig.2.4. Unidad de mantenimiento y electroválvula

La Fig.2.5 es una fotografía de la parte que esta conformada por el cilindro y el

sensor capacitivo, en esta etapa es donde se detecta la bola y es detenida por

el cilindro como se puede observar en la misma.

La unidad de mantenimiento cumple el rol de purificación del aire, que entrega

el compresor para una mayor vida útil de la electroválvula y el cilindro

neumático.

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Fig.2.5. Cilindro y sensor capacitivo

2.3 CIRCUITO DE LECTURA DE CODIGO DE BARRAS.

El circuito se compone de un microcontrolador de la familia 80C51, el cuál está

cargado con un programa de decodificación de código de barras de cuatro

dígitos, que decodifica la señal que envía el lector de código de barras cuando

lee la bola, las bolas poseen un código de barras que pertenece a un

determinado número, los números van del 0 al 9 y cada número tiene su propio

código de barras.

Una vez leído el código de barras de una bola, el microcontrolador procesa la

señal en un sistema binario, esta señal es enviada a un display de 7

segmentos, el mismo que está conformado por unidades, decenas, centenas y

miles (4 dígitos); así mostrando el número correspondiente a la bola que salió.

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La máquina tiene un sistema de control que tiene para leer las bolas, el cuál fue

diseñado para evitar errores de doble lectura, funciona de la siguiente manera:

cuando el lector detecta la bola se debe tener presionado el botón que indica el

orden de salida, así siguiendo un orden lógico la primera bola en salir será las

unidades, quedando almacenado esta información en la localidad asignada y

que se ve reflejada en los displays de visualización.

Cuando el proceso de lectura termina, es decir con la bola que representa los

miles, existe un botón de reset, que reinicia al microcontrolador borrando los

números almacenados y dejando en blanco todos los displays.

Funcionamiento del Lector de Código de Barras: el símbolo de código de

barras es iluminado por una fuente de luz visible o infrarrojo, las barras oscuras

absorben la luz y los espacios las reflejan nuevamente hacia un escáner. El

escáner transforma las fluctuaciones de luz en impulsos eléctricos los cuales

copian las barras y el modelo de espacio en el código de barras. Un

decodificador usa algoritmos matemáticos para traducir los impulsos eléctricos

en un código binario y transmite el mensaje decodificado a un terminal manual,

PC, o sistema centralizado de computación. El decodificador puede estar

integrado al escáner o ser externo al mismo. Los escáners usan diodos

emisores de luz visible o infrarroja (LED), láser de Helio-Neón o diodos láser de

estado sólido (visibles o infrarrojos) con el fin de leer el símbolo.

En la Fig.2.6. se puede observar el lector de código de barras funcionando en

la máquina.

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Fig.2.6. Lector de código de barras

En la Fig.2.7 se observa el display de 7 segmentos, la cuál nos indica el

número que sale sorteado, por un orden lógico de unidades, decenas, centenas

y miles; como una señal de aviso que la bola ha sido detectada por el sensor,

el foco amarillo que se puede ver debajo de los displays se enciende, dando

también colorido a la máquina.

Evaluación de la señal

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La evaluación de la señal del escáner de código de barras puede ser

ampliamente clasificada en tres áreas.

El sistema electro-óptico convierte las transiciones claras y obscuras del código

de barras en voltajes análogos.

En la subsiguiente conversión análogo-digital estas señales son convertidas en

forma de señales digitales, las cuales son procesadas una vez más por el

procesador. Básicamente el procesador tiene que llevar a cabo los siguientes

pasos:

1. Establecer el inicio de la señal. Los datos digitales son almacenados

primero en un buffer. El procesador comprueba, si los primeros

caracteres corresponden a un conocido código de inicio.

2. Determinar el ancho de cada barra. Si el código de inicio es reconocido,

el procesador puede calcular el ancho restante de la barra.

3. El código ahora puede ser determinado desde el ancho de los elementos

de datos. El código 39 hace uso de dos diferentes anchos y EAN de

cuatro diferentes anchos

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4. Esto debe ser ahora comprobado, si todo el dato es consistente con el

código determinado. Si este es el caso, el dato es luego comparado con

una tabla decodificada almacenada.

5. La dirección de evaluación debe ser invertida si es necesario.

6. Es luego evaluado, si el largo preescrito de la “zona vacía” está presente

en ambas terminaciones del símbolo.

7. En el último paso esto es evaluado, si los números chequeados están

disponibles en conformidad a la lectura contenida. El dato es impreso, si

todos los criterios han sido llenados.

Fig.2.7. Display de 7 segmentos (Arreglo de leds)

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En la Fig.2.8 se observa el diagrama circuital del circuito del lector de código de

barras, el cuál fue diseñado para comandar tanto la lectura de las bolas y la

observación del número en los displays de 7 segmentos.

Fig.2.8. Diagrama circuital (circuito de control).

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2.4 DIAGRAMAS DE FLUJO DEL PROGRAMA DE DECODIFICACI ÓN DE

CÓDIGÓ DE BARRAS

INICIO

DECLARACIÓN: CRISTAL (11.0592 Mhz)

VELOCIDAD DE TRANSMISIÓN (9600 baudios)

DEFINICIÓN DE VARIABLES

INICIALIZACIÓN DE VARIABLES

LAZO

PRINCIPAL

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SUBRUTINAS:

INICIO

P3.2= 0

NO SI

SUBRUTINA LEE

UNIDADES = NUM NUM = 10

P3.2= 0 ?

NO SI

SUBRUTINA LEE

UNIDADES = NUM NUM = 10 P3.3= 0

?

NO SI

SUBRUTINA LEE

UNIDADES = NUM NUM = 10 P3.4= 0

?

NO SI

SUBRUTINA LEE

UNIDADES = NUM NUM = 10 P3.5= 0

?

NO SI

SUBRUTINA LEE

UNIDADES = NUM NUM = 10

SUBRRUTINA DISPLAY

LAZO PRINCIPAL

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SUBRUTINA DISPLAY

La subrutina Displays muestra el valor en los displays, es decir, una vez leído el código es decodificado y enviado hacia cada posición que ha sido seleccionada en el panel de control donde pueden ser unidades, decenas, centenas, miles.

P0 = 7 SEGMENTOS INICIO

7 SEGMENTOS=LOOKUP (MILES, SEGMENTOS)

ACTIVA DISPLAY MILES

ESPERA 1 ms

DESACTIVA DISPLAY MILES

7 SEGMENTOS=LOOKUP (CENTENAS, SEGMENTOS)

ACTIVA DISPLAY CENTENAS

ESPERA 1 ms

DESACTIVA DISPLAY CENTENAS

7 SEGMENTOS=LOOKUP (DECENAS, SEGMENTOS)

ACTIVA DISPLAY DECENAS

ESPERA 1 ms

DESACTIVA DISPLAY DECENAS

7 SEGMENTOS=LOOKUP (UNIDADES, SEGMENTOS)

ACTIVA DISPLAY UNIDADES

ESPERA 1 ms

DESACTIVA DISPLAY UNIDADES

FIN

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SUBRUTINA LEE

La subrutina LEE obtiene los datos leídos por el lector y los transfiere hacia la

decodificación para que puedan ser mostrados como números decimales en los

displays.

FIN

NO

INICIO

LEE CÓDIGO

NUMERO =SUB CADENA (POSICIÓN 2, LONGITUD 3)

NUM=”000”

NUM=0

NUM=”111”

NUM=1

NUM=”222”

NUM=2

NUM=”999”

NUM=9

SI NO

SI NO

SI NO

SI

CADENA= “ “

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CAPÍTULO 3

CONCLUSIONES

La máquina fue diseñada, tanto analógicamente como digital para evitar

la manipulación errónea de datos y así evitar trampas.

El flujo de aire dentro de la urna debe tener una fuerza; tal, que el peso

de las bolas sea discriminado y puedan salir con facilidad sin importar el

número que posea cada bola.

La potencia del compresor debe ser mayor o igual a 2HP, por

condiciones de funcionamiento del cilindro.

Con el propósito de no dañar el aparato que proporciona la fuente de

aire hacia la urna el circuito de iniciación de la máquina, está diseñado

para apagarlo cada vez que la bola es detectada debido a que si éste

permaneciera encendido por un largo período se podría quemar.

Mientras más largo sea el tubo de salida de las bolas y con una mayor

anchura en la parte inferior menor será el tiempo de salida de las bolas.

RECOMENDACIONES

El uso de la máquina es exclusivo para interiores para poder visualizar

correctamente los números en los displays.

El haz de luz del lector de código de barras debe estar perpendicular con

el código de barras grabado en la bola para poder ser leída.

En caso de no ser detectado el código de barras en el primer intento

mover la bola en sentido vertical para que el sensor detecte y dispare el

haz de luz nuevamente.

La máquina posee un panel de control, en el cuál, existe un botón de

reseteo de todos los números mostrados en los displays.

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Se debe tener una urna bien sellada para que no pueda existir fuga de

aire.

Conectar el compresor en un lugar separado de la máquina, ya que este

hace demasiado ruido.

Las bolas deben ser cambiadas después de que se vean deteriorados

los códigos de barras para una lectura clara.

BIBLIOGRAFIA

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Neumática Serrano Nicolás, Antonio Madrid 2000, 5ta edición Paraninfo

Motor de Pasos Aguilar, Byron Mayo 1996 Tesis E.P.N

Electricidad y Electrónica Práctica Buck Engineering Co. Inc. España 1984, 1era edición Lab Volt

Curso Práctico de Luces y Sonido Cekit Leds y displays de 7 segmentos www.monografias.com/trabajos11/leds/leds2.shtml

Componentes electrónicos http://www.monografias.com/trabajos16/componentes-electronicos/componentes-electronicos.shtml#intro

El diodo y el transistor http://mail.udlap/~lgojeda/apuntes/electronica1/mainie250.htm www.Comunidad_de_electrónicos.com

Neumática http://www.monografias.com/trabajos13/geairdos/geairdos.shtml www.festo.com

Código de Barras http://www.monografias.com/trabajos11/yantucod/yantucod.shtml

Sensores http://www.ing.uc.edu.ve/~emescobar/automat_I/contenido_menu/Unidad_I II/Contenido/pagina6/pagina6.htm

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Anexo 2

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CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS DISPOSITIVOS UTILIZ ADOS NEUMÁTICA

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